垂直型led結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種垂直型LED結(jié)構(gòu)及其制作方法，在使用激光剝離去除生長(zhǎng)襯底后，不再整面去除未摻雜層，僅在未摻雜層上形成溝槽并暴露出N-GaN，接著在溝槽內(nèi)的N-GaN上形成N型電極，從而借助未摻雜層的保護(hù)，避免激光光斑交界對(duì)N-GaN造成損傷，從而減少芯片的漏電，提高芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，增加發(fā)光亮度，并且將N型電極限制在溝槽內(nèi)，能夠增加電極的牢固性。
【專利說(shuō)明】垂直型LED結(jié)構(gòu)及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及LED制作領(lǐng)域，尤其涉及一種垂直型LED結(jié)構(gòu)及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，對(duì)于大功率照明發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode,LED)的研究已經(jīng)成 為趨勢(shì)，然而傳統(tǒng)同側(cè)結(jié)構(gòu)的LED芯片存在電流擁擠、電壓過(guò)高和散熱難等缺點(diǎn)，很難滿足 大功率的需求，而垂直LED芯片不僅可以有效地解決大電流注入下的擁擠效應(yīng)，還可以緩 解大電流注入所引起的內(nèi)量子效率降低，改善垂直LED芯片的光電性能。GaN基垂直結(jié)構(gòu)的 LED具有散熱好，能夠承載大電流，發(fā)光強(qiáng)度高，耗電量小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在通用照明、景觀 照明、特種照明、汽車照明中被廣泛應(yīng)用。
[0003] 目前垂直LED芯片的制備工藝主要為，在襯底上（一般為藍(lán)寶石材料）生長(zhǎng) GaN在該GaN基外延層上制作接觸層和金屬反光鏡層，然后采用電鍍或基板鍵合（Wafer bonding)的方式制作導(dǎo)熱性能良好的導(dǎo)熱基板，同時(shí)也作為GaN基外延層的新襯底，再通 過(guò)激光剝離的方法使藍(lán)寶石襯底和GaN基外延層分離，外延層轉(zhuǎn)移到金屬基板上，這樣使 得LED芯片的散熱性能會(huì)更好，之后再形成N型電極和P型電極。
[0004] 具體的，請(qǐng)參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中垂直LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；所述結(jié)構(gòu)包 括依次連接的P型電極10、P型GaN層20、量子阱層30、N型GaN層40以及N型電極50。
[0005] 目前，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)外延層后制作垂直結(jié)構(gòu)LED通常采用激光剝離（LL0) 技術(shù)將原有的藍(lán)寶石襯底剝離，外延層轉(zhuǎn)移至導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性更好的Si或WCu襯底上。在 進(jìn)行大尺寸芯片剝離時(shí)，傳統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)LED都是采用大面積刻蝕將UID-GaN(未摻雜的 GaN)整個(gè)刻掉，在N-GaN表面做電極，形成歐姆接觸。由于組合出來(lái)的大激光光斑很難保證 能量的均勻性，實(shí)際使用的激光光斑大小有限，在進(jìn)行激光剝離時(shí)導(dǎo)致每顆芯片晶粒（Die) 上會(huì)有很多的激光光斑交界（overlap)損傷。在大面積的刻蝕WD-GaN時(shí)，因激光剝離時(shí) 產(chǎn)生的overlap損傷會(huì)被加深在N型GaN上產(chǎn)生微米級(jí)的損傷構(gòu)成漏電通道，不可避免的 會(huì)造成N-GaN的損傷，影響器件的電性能及發(fā)光亮度，造成垂直結(jié)構(gòu)LED芯片容易漏電及光 效低等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種垂直型LED結(jié)構(gòu)及其制作方法，可減少激光光斑交界 損傷導(dǎo)致的漏電，從而保證較高的光電轉(zhuǎn)換效率，增加發(fā)光亮度。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種垂直型LED制作方法，包括步驟：
[0008] 提供生長(zhǎng)襯底，在所述生長(zhǎng)襯底上形成有外延層，所述外延層包括依次形成的未 摻雜層、N-GaN、量子阱和P-GaN，所述未摻雜層形成于所述生長(zhǎng)襯底上；
[0009] 在所述P-GaN表面形成金屬電極；
[0010] 在所述金屬電極上形成鍵合襯底；
[0011] 采用激光剝離去除所述生長(zhǎng)襯底，暴露出所述未摻雜層；
[0012] 刻蝕所述未摻雜層，形成溝槽，所述溝槽暴露出所述N-GaN ;
[0013] 在所述溝槽中形成N型電極，所述N型電極與所述N-GaN相連。
[0014] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，在所述N型電極形成之前，對(duì)所述未 摻雜層進(jìn)行表面粗化處理，所述粗化處理為濕法刻蝕，所使用的溶液為Κ0Η或H 2S04。
[0015] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，在所述N型電極形成之后，在所述未 摻雜層表面形成保護(hù)層，其材質(zhì)為Si0 2。
[0016] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述溝槽的開口大小范圍是70 μ m? 120 μ m〇
[0017] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述未摻雜層厚度為2 μ m?4 μ m。
[0018] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述溝槽的深度為2μπι?4μπι。
[0019] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述金屬電極依次包括電流擴(kuò)展層、 反射鏡以及金屬鍵合層，所述電流擴(kuò)展層與所述P-GaN相連，所述反射鏡位于所述電流擴(kuò) 展層和金屬鍵合層之間。
[0020] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述電流擴(kuò)展層的材質(zhì)為ΙΤ0、Ζη0或 ΑΖ0。
[0021] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述反射鏡的材質(zhì)為Α1或Ag。
[0022] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述金屬鍵合層的材質(zhì)為Au-Au或 Au_Sn〇
[0023] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述鍵合襯底的材質(zhì)為Si、WCu或 MoCu〇
[0024] 進(jìn)一步的，在所述的垂直型LED制作方法中，所述N型電極的材質(zhì)為Ni、Au、A1、Ti、 Pt、Cr、Ni/Au 合金、Al/Ti/Pt/Au 或 Cr/Pt/Au。
[0025] 進(jìn)一步的，本發(fā)明還提出了一種垂直型LED結(jié)構(gòu)，采用如上文所述的垂直型LED制 作方法形成，所述結(jié)構(gòu)依次包括：鍵合襯底、金屬電極、P-GaN、量子阱、N-GaN、未摻雜層和N 型電極，其中，所述未摻雜層設(shè)有溝槽，所述N型電極形成于所述溝槽內(nèi)，并與所述N-GaN相 連。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：在使用激光剝離去除生長(zhǎng)襯底 后，不再整面去除未摻雜層，僅在未摻雜層上形成溝槽并暴露出N-GaN，接著在溝槽內(nèi)的 N-GaN上形成N型電極，從而借助未摻雜層的保護(hù)，避免激光光斑交界對(duì)N-GaN造成損傷，從 而減少芯片的漏電，提高芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，增加發(fā)光亮度，并且將N型電極限制在溝槽 內(nèi)，能夠增加電極的牢固性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中垂直LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中垂直型LED制作方法的流程圖；
[0029] 圖3至圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中垂直型LED制作過(guò)程中的剖面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的垂直型LED結(jié)構(gòu)及其制作方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述， 其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明， 而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛 知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0031] 為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開 發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的 限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi) 時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)僅僅是常規(guī)工作。
[0032] 在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非 精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0033] 請(qǐng)參考圖2,在本實(shí)施例中，提出了一種垂直型LED制作方法，包括步驟：
[0034] S100:提供生長(zhǎng)襯底，在所述生長(zhǎng)襯底上形成有外延層，所述外延層包括依次形成 的未摻雜層、N-GaN、量子講和P-GaN，所述未摻雜層形成于所述生長(zhǎng)襯底上；
[0035] S200 :在所述P-GaN表面形成金屬電極；
[0036] S300 :在所述金屬電極上形成鍵合襯底；
[0037] S400 :米用激光剝離去除所述生長(zhǎng)襯底，暴露出所述未摻雜層；
[0038] S500 :刻蝕所述未摻雜層，形成溝槽，所述溝槽暴露出所述N-GaN ;
[0039] S600 :在所述溝槽中形成N型電極，所述N型電極與所述N-GaN相連。
[0040] 具體的，請(qǐng)參考圖3,在步驟S100中，所述生長(zhǎng)襯底100通常為藍(lán)寶石襯底、Si襯 底、SiC襯底或圖形化襯底，在所述生長(zhǎng)襯底100上形成有外延層，其中，所述外延層包括依 次形成的未摻雜層200、N-GaN300、量子阱400和P-GaN500。
[0041] 請(qǐng)參考圖4,在步驟S200中，在所述P-GaN500上形成金屬電極600,所述金屬電極 600依次包括電流擴(kuò)展層、反射鏡以及金屬鍵合層，所述電流擴(kuò)展層與所述P_GaN500相連， 所述反射鏡位于所述電流擴(kuò)展層和金屬鍵合層之間，所述電流擴(kuò)展層為透明導(dǎo)電薄膜，其 材質(zhì)為ΑΖΟ、ΙΤ0或ZnO ;所述反射鏡的材質(zhì)為A1或Ag，所述金屬鍵合層的材質(zhì)為Au-Au或 Au-Sn，用于與后續(xù)鍵合襯底鍵合。
[0042] 請(qǐng)參考圖5,在步驟S300中，在所述金屬電極600上形成鍵合襯底700 ;所述鍵合 襯底700的材質(zhì)為Si、WCu或MoCu，所述金屬鍵合層和鍵合襯底700之間采用高溫鍵合法 進(jìn)行鍵合。
[0043] 請(qǐng)參考圖6,在步驟S400中，采用激光剝離去除所述生長(zhǎng)襯底100,暴露出所述未 摻雜層200,在該步驟中，保留未摻雜層200能夠在采用激光剝離去除所述生長(zhǎng)襯底100時(shí) 很好的保護(hù)位于所述未摻雜層200下方的N-GaN300,同時(shí)也避免了在整面刻蝕去除未摻雜 層200刻蝕將激光光斑交界帶來(lái)的損傷影印至N-GaN300,使N-GaN300遭受損失，從而也就 解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0044] 請(qǐng)參考圖7,在步驟S500中，刻蝕所述未摻雜層200,形成溝槽210,所述溝槽210 可以采用ICP刻蝕技術(shù)形成，所述溝槽210暴露出所述外延層的N-GaN300,所述溝槽210的 開口大小范圍是70 μ m?120 μ m，所述溝槽210可以為多種形狀，在此不作限定，在本實(shí)施 例中，所述未摻雜層200厚度為2 μ m?4 μ m，例如是3 μ m，為了能夠暴露出所述N-GaN300， 因此溝槽210的深度應(yīng)與所述未摻雜層200厚度相同，或者略大于未摻雜層200的厚度，因 此所述溝槽210的深度范圍是2 μ m?4 μ m，例如是3 μ m。
[0045] 請(qǐng)參考圖8,在所述N型電極形成之前，即在步驟S600之前，對(duì)所述未摻雜層200 進(jìn)行表面粗化處理，形成較為粗糙的粗糙面220,所述粗化處理為濕法刻蝕，使用的溶液為 K0H*H2S04，粗化處理形成的粗糙面220能夠增加未摻雜層200的表面積，增加出光的面 積，提高發(fā)光效率。
[0046] 請(qǐng)參考圖9,在步驟S600中，所述N型電極800與所述外延層內(nèi)的N-GaN300相連， 所述 N 型電極 800 的材質(zhì)為 Ni、Au、Al、Ti、Pt、Cr、Ni/Au 合金、Al/Ti/Pt/Au 或 Cr/Pt/Au, 其可以采用蒸鍍方式形成。
[0047] 請(qǐng)繼續(xù)參考圖9,在所述N型電極800形成之后，在所述未摻雜層200的粗糙面220 上形成保護(hù)層900,所述保護(hù)層900的材質(zhì)為Si0 2，一方面其能夠透光，另外一方面其可以 保護(hù)整個(gè)器件。
[0048] 在本實(shí)施例的另外一面，還提出了一種垂直型LED結(jié)構(gòu)，如圖9所示，采用如上 文所述的垂直型LED制作方法形成，所述結(jié)構(gòu)依次包括：鍵合襯底700、金屬電極600、 P-GaN500、量子阱400、N-GaN300、未摻雜層200、N型電極800和保護(hù)層900，其中，所述未摻 雜層200設(shè)有溝槽，所述N型電極800形成于所述溝槽內(nèi)，并與所述外延層的N-GaN300相 連，所述保護(hù)層900形成于所述未摻雜層200的表面。
[0049] 綜上，在本發(fā)明實(shí)施例提供的垂直型LED結(jié)構(gòu)及其制作方法中，在使用激光剝離 去除生長(zhǎng)襯底后，不再整面去除未摻雜層，僅在未摻雜層上形成溝槽并暴露出N-GaN，接著 在溝槽內(nèi)的N-GaN上形成N型電極，從而借助未摻雜層的保護(hù)，避免激光光斑交界對(duì)N-GaN 造成損傷，從而減少芯片的漏電，提高芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，增加發(fā)光亮度，并且將N型電 極限制在溝槽內(nèi)，能夠增加電極的牢固性。
[0050] 上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對(duì)本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬 【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和 技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動(dòng)，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍 屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種垂直型LED制作方法，包括步驟： 提供生長(zhǎng)襯底，在所述生長(zhǎng)襯底上形成有外延層，所述外延層包括依次形成的未摻雜 層、N-GaN、量子阱和P-GaN，所述未摻雜層形成于所述生長(zhǎng)襯底上； 在所述P-GaN表面形成金屬電極； 在所述金屬電極上形成鍵合襯底； 采用激光剝離去除所述生長(zhǎng)襯底，暴露出所述未摻雜層； 刻蝕所述未摻雜層，形成溝槽，所述溝槽暴露出所述N-GaN ; 在所述溝槽中形成N型電極，所述N型電極與所述N-GaN相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，在所述N型電極形成之 前，對(duì)所述未摻雜層進(jìn)行表面粗化處理，所述粗化處理為濕法刻蝕，所使用的溶液為KOH或 H2S04。
3. 如權(quán)利要求1所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，在所述N型電極形成之后， 在所述未摻雜層表面形成保護(hù)層，其材質(zhì)為Si0 2。
4. 如權(quán)利要求1所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述溝槽的開口大小范圍是 70 μ m ?120 μ m〇
5. 如權(quán)利要求4所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述未摻雜層厚度為 2 μ m ~ 4 μ m。
6. 如權(quán)利要求4所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述溝槽的深度為2 μ m? 4 μ m〇
7. 如權(quán)利要求1所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述金屬電極依次包括電流 擴(kuò)展層、反射鏡以及金屬鍵合層，所述電流擴(kuò)展層與所述P-GaN相連，所述反射鏡位于所述 電流擴(kuò)展層和金屬鍵合層之間。
8. 如權(quán)利要求7所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述電流擴(kuò)展層的材質(zhì)為 ITO、ZnO 或 AZO。
9. 如權(quán)利要求7所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述反射鏡的材質(zhì)為Α1或 Ag。
10. 如權(quán)利要求7所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述金屬鍵合層的材質(zhì)為 Au_Au 或 Au_Sn 〇
11. 如權(quán)利要求1所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述鍵合襯底的材質(zhì)為 Si、WCu 或 MoCu。
12. 如權(quán)利要求1所述的垂直型LED制作方法，其特征在于，所述N型電極的材質(zhì)為Ni、 Au、Al、Ti、Pt、Cr、Ni/Au 合金、Al/Ti/Pt/Au 或 Cr/Pt/Au。
13. -種垂直型LED結(jié)構(gòu)，采用如權(quán)利要求1至12中任意一種所述的垂直型LED制作 方法形成，所述結(jié)構(gòu)依次包括：鍵合襯底、金屬電極、P-GaN、量子阱、N-GaN、未摻雜層和N型 電極，其中，所述未摻雜層設(shè)有溝槽，所述N型電極形成于所述溝槽內(nèi)，并與所述N-GaN相 連。
【文檔編號(hào)】H01L33/38GK104064639SQ201410317389
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】呂孟巖, 童玲, 張瓊, 張宇 申請(qǐng)人:映瑞光電科技(上海)有限公司